Cordyceps cateniannulata: its endophytic capacity and two-in-one biocontrol agent for coffee leaf rust and two coffee pests
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Universidade Federal de Viçosa
Abstract
Coffee is one of the most important agricultural products in the global economy. Coffee leaf rust, caused by Hemileia vastatrix, is the worst of all coffee diseases, and coffee berry borer – Hypothenemus hampei and coffee leaf miner Leucoptera coffeella – are the two main insect pests of coffee. The management of this disease and these pests is mainly carried out by the application of chemicals products and, however, their management continues to challenge farmers and researchers. Biological control by entomopathogenic fungi is a strategic tool in the fight against diseases and pests that threaten coffee production. Typically, members of the fungal genus Cordyceps are best known as obligate parasites of arthropods. However, there is increasing evidence that Cordyceps, and related genera in the Hypocreales, can grow both as plant endophytes and as parasites of arthropods. Cordyceps cateniannulata was isolated from healthy coffee tissues in Cameroon during a survey for fungi antagonistic to H. vastatrix. Preliminary tests have shown that C. cateniannulata is a mycoparasite of H. vastatrix. Since the genus Cordyceps (Cordycipitaceae: Hypocreales) is well known as including species that are pathogens it was hypothesized that C. cateniannulata could be pathogenic to two of the manly pests of coffee. In the present study, we present results pertaining to the potential of C. cateniannulata as a two-in-one biocontrol agent for the management of coffee leaf rust and two coffee pests, in addition to its endophytic colonization of coffee. In chapter 1, we evaluated the systemic endophytic capacity of C. cateniannulata in coffee seedlings, effects of C. cateniannulata against uredospores of H. vastatrix and the pathogenicity of C. cateniannulata against insect pests of coffee and also the beetle Tenebrio molitor as a model. By recovering C. cateniannulata from inoculated coffee plants, via both soil drench and foliar applications, we confirmed its endophytic status. Further controlled inoculation studies showed that this strain of C. cateniannulata is also a mycoparasite of coffee leaf rust, as well as an entomopathogen; infecting and killing coffee berry borer and coffee leaf miner. In chapter 2, we evaluated the virulence of C. cateniannulata against T. molitor and H. hampei under laboratory conditions, a comparison of the virulences of C. cateniannulata and Beauveria bassiana against H. hampei and a test of the application of C. cateniannulata to coffee branches against H. hampei under field cage-test conditions. Cordyceps cateniannulata caused a significant concentration- dependent increase in insect mortality. No difference was found between the virulence of C. cateniannulata and B. bassiana to H. hampei in this essay. Under this preliminary field cage test study, C. cateniannulata application resulted in a small but significant reduction in insect survival but it did not reduce the number of fruits bored by coffee berry borer. In chapter 3, we evaluated the potential of C. cateniannulata against coffee leaf miner in an in planta experiment and compared the potential of C. cateniannulata, B. bassiana and a mixture of both fungi in the same assay. In addition, we investigated the interaction between C. cateniannulata and B. bassiana in an in vitro assay. Cordyceps cateniannulata and B. bassiana, as well as the mixture, caused high mortality of coffee leaf miner pupae and no significant difference was found between the treatments. Furthermore, no synergistic effect was observed on pupal mortality after application of the mixture of both fungi; however, C. cateniannulata sporulated in more pupae than B. bassiana. In the in vitro experiment, C. cateniannulata alone and in coculture showed larger colony sizes than B. bassiana alone and in coculture. Moreover, there was no halo of inhibition for either fungus. Here, we provide a report on the potential of C. cateniannulata as novel entomopathogenic fungus to be deployed for the control of coffee leaf rust, coffee berry borer and coffee leaf miner. Keywords: Biological control. Entomopathogenic fungi. Fungal endophytes. Hemileia vastatrix. Hypothenemus hampei. Leucoptera coffeella. Mycoparasites.
O café é um dos produtos agrícolas mais importantes na economia global. A ferrugem do cafeeiro, causada por Hemileia vastatrix, é a pior de todas as doenças do cafeeiro e sendo a broca-do-café – Hypothenemus hampei e o bicho-mineiro Leucoptera coffeella – os dois principais insetos-praga do café. O manejo dessa doença e das pragas do cafeeiro é feito principalmente pela aplicação de produtos químicos e, no entanto, seu manejo continua desafiando agricultores e pesquisadores. O controle biológico utilizando fungos entomopatogênicos é uma ferramenta estratégica no combate às doenças e pragas que ameaçam a cafeicultura. Tipicamente, os membros do gênero Cordyceps são mais conhecidos como parasitas obrigatórios de artrópodes. No entanto, há evidências crescentes de que Cordyceps e gêneros relacionados em Hypocreales podem crescer tanto como endófitos de plantas quanto como parasitas de artrópodes. Cordyceps cateniannulata foi isolado de tecidos saudáveis de café em Camarões durante uma pesquisa de fungos antagonistas da H. vastatrix. Testes preliminares mostraram que C. cateniannulata é um micoparasita da H. vastatrix. Visto que o gênero Cordyceps é bem conhecido por incluir espécies que são patógenos, levantou-se a hipótese de que C. cateniannulata poderia ser patogênico para duas das principais pragas do café. No presente estudo, apresentamos resultados referentes ao potencial de C. cateniannulata como um agente de biocontrole dois em um para o manejo da ferrugem do cafeeiro e duas pragas do cafeeiro, além de sua colonização endofítica no café. No capítulo 1, avaliamos a capacidade endofítica sistêmica de C. cateniannulata em mudas de café, os efeitos de C. cateniannulata contra uredósporos da H. vastatrix e a patogenicidade de C. cateniannulata contra insetos-praga do café e também o besouro Tenebrio molitor como agente modelo. Ao recuperar C. cateniannulata de cafeeiros inoculados, tanto por meio de irrigação no solo quanto por meio de aplicações foliares, confirmamos seu status endofítico. Outros estudos de inoculação controlada foram conduzidos para mostrar que está cepa de C. cateniannulata é também um micoparasita da ferrugem do café, bem como um entomopatógeno; infectando e matando a broca-do-café e o bicho-mineiro. No capítulo 2, avaliamos a virulência de C. cateniannulata contra T. molitor e H. hampei em condições de laboratório, comparamos as virulências de C. cateniannulata e Beauveria bassiana contra H. hampei e testamos a aplicação de C. cateniannulata a ramos de café contra H. hampei em condições de campo-jaula. Cordyceps cateniannulata causou um aumento significativo dependente da concentração na mortalidade de insetos. Nenhuma diferença foi encontrada entre a virulência de C. cateniannulata e B. bassiana para H. hampei. Sob o estudo preliminar de teste de campo em gaiola, a aplicação de C. cateniannulata resultou em uma pequena, mas significativa redução na sobrevivência do inseto, mas não reduziu o número de frutos furados pela broca-do-café. No capítulo 3, avaliamos o potencial de C. cateniannulata contra bicho-mineiro em um experimento in planta e comparamos o potencial de C. cateniannulata, B. bassiana e uma mistura de ambos os fungos no mesmo ensaio. Além disso, investigamos também a interação entre C. cateniannulata e B. bassiana em um ensaio in vitro. Cordyceps cateniannulata e B. bassiana, assim como a mistura, causaram alta mortalidade das pupas do bicho-mineiro e nenhuma diferença significativa foi encontrada entre os tratamentos. Além disso, nenhum efeito sinérgico foi observado na mortalidade de pupas após a aplicação da mistura de ambos os fungos; no entanto, C. cateniannulata esporulou em mais pupas do que B. bassiana. No ensaio in vitro, a colônia de C. cateniannulata isoladamente e no cocultivo apresentaram tamanho maior do que B. bassiana isoladamente e no cocultivo. Além disso, não houve halo de inibição para nenhum dos fungos. Aqui, nós fornecemos um relatório sobre o potencial de C. cateniannulata como novo fungo entomopatogênico a ser implantado para o controle da ferrugem do café, broca do café e bicho-mineiro. Palavras-chave: Controle biológico. Endofitismo. Fungos entomopatogênicos. Hemileia vastatrix. Hypothenemus hampei. Leucoptera coffeella. Micoparasita.
O café é um dos produtos agrícolas mais importantes na economia global. A ferrugem do cafeeiro, causada por Hemileia vastatrix, é a pior de todas as doenças do cafeeiro e sendo a broca-do-café – Hypothenemus hampei e o bicho-mineiro Leucoptera coffeella – os dois principais insetos-praga do café. O manejo dessa doença e das pragas do cafeeiro é feito principalmente pela aplicação de produtos químicos e, no entanto, seu manejo continua desafiando agricultores e pesquisadores. O controle biológico utilizando fungos entomopatogênicos é uma ferramenta estratégica no combate às doenças e pragas que ameaçam a cafeicultura. Tipicamente, os membros do gênero Cordyceps são mais conhecidos como parasitas obrigatórios de artrópodes. No entanto, há evidências crescentes de que Cordyceps e gêneros relacionados em Hypocreales podem crescer tanto como endófitos de plantas quanto como parasitas de artrópodes. Cordyceps cateniannulata foi isolado de tecidos saudáveis de café em Camarões durante uma pesquisa de fungos antagonistas da H. vastatrix. Testes preliminares mostraram que C. cateniannulata é um micoparasita da H. vastatrix. Visto que o gênero Cordyceps é bem conhecido por incluir espécies que são patógenos, levantou-se a hipótese de que C. cateniannulata poderia ser patogênico para duas das principais pragas do café. No presente estudo, apresentamos resultados referentes ao potencial de C. cateniannulata como um agente de biocontrole dois em um para o manejo da ferrugem do cafeeiro e duas pragas do cafeeiro, além de sua colonização endofítica no café. No capítulo 1, avaliamos a capacidade endofítica sistêmica de C. cateniannulata em mudas de café, os efeitos de C. cateniannulata contra uredósporos da H. vastatrix e a patogenicidade de C. cateniannulata contra insetos-praga do café e também o besouro Tenebrio molitor como agente modelo. Ao recuperar C. cateniannulata de cafeeiros inoculados, tanto por meio de irrigação no solo quanto por meio de aplicações foliares, confirmamos seu status endofítico. Outros estudos de inoculação controlada foram conduzidos para mostrar que está cepa de C. cateniannulata é também um micoparasita da ferrugem do café, bem como um entomopatógeno; infectando e matando a broca-do-café e o bicho-mineiro. No capítulo 2, avaliamos a virulência de C. cateniannulata contra T. molitor e H. hampei em condições de laboratório, comparamos as virulências de C. cateniannulata e Beauveria bassiana contra H. hampei e testamos a aplicação de C. cateniannulata a ramos de café contra H. hampei em condições de campo-jaula. Cordyceps cateniannulata causou um aumento significativo dependente da concentração na mortalidade de insetos. Nenhuma diferença foi encontrada entre a virulência de C. cateniannulata e B. bassiana para H. hampei. Sob o estudo preliminar de teste de campo em gaiola, a aplicação de C. cateniannulata resultou em uma pequena, mas significativa redução na sobrevivência do inseto, mas não reduziu o número de frutos furados pela broca-do-café. No capítulo 3, avaliamos o potencial de C. cateniannulata contra bicho-mineiro em um experimento in planta e comparamos o potencial de C. cateniannulata, B. bassiana e uma mistura de ambos os fungos no mesmo ensaio. Além disso, investigamos também a interação entre C. cateniannulata e B. bassiana em um ensaio in vitro. Cordyceps cateniannulata e B. bassiana, assim como a mistura, causaram alta mortalidade das pupas do bicho-mineiro e nenhuma diferença significativa foi encontrada entre os tratamentos. Além disso, nenhum efeito sinérgico foi observado na mortalidade de pupas após a aplicação da mistura de ambos os fungos; no entanto, C. cateniannulata esporulou em mais pupas do que B. bassiana. No ensaio in vitro, a colônia de C. cateniannulata isoladamente e no cocultivo apresentaram tamanho maior do que B. bassiana isoladamente e no cocultivo. Além disso, não houve halo de inibição para nenhum dos fungos. Aqui, nós fornecemos um relatório sobre o potencial de C. cateniannulata como novo fungo entomopatogênico a ser implantado para o controle da ferrugem do café, broca do café e bicho-mineiro. Palavras-chave: Controle biológico. Endofitismo. Fungos entomopatogênicos. Hemileia vastatrix. Hypothenemus hampei. Leucoptera coffeella. Micoparasita.
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Citation
BAUTZ, Keminy Ribett. Cordyceps cateniannulata: its endophytic capacity and two-in-one biocontrol agent for coffee leaf rust and two coffee pests. 2023. 95 f. Tese (Doutorado em Entomologia) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2023.